烏海市氣象產品制作發布系統設計與實現

摘 要：隨著社會經濟的發展，人們對氣象的關注日益增加。為滿足不斷增長的氣象產品需求，內蒙古自治區烏海市設計并開發氣象產品制作發布系統，得到了業務人員的一致認可。對此，以烏海市氣象產品制作發布系統為研究對象，分析了烏海市氣象產品制作發布系統技術線路，介紹了其功能設計，并探討了其技術創新點。

關鍵詞：氣象產品；烏海市；氣象信息化

中圖分類號：P409 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

隨著時代進步，氣象服務向著集約化、標準化、信息化、精細化、自動化的方向在發展，為了減輕業務人員的工作負擔并高效服務社會，實現一鍵式多手段的氣象信息快速制作發布，有效監控氣象信息發布效果，保證氣象信息發布渠道的有效性和安全性，內蒙古自治區烏海市設計并開發氣象產品制作發布系統具有重要意義。

1 烏海市氣象產品制作發布系統技術線路

烏海市氣象產品制作發布系統通過計算機技術，從氣象大數據云平臺（天擎）讀取烏海市每小時的天氣實況和未來7 d的天氣預報等氣象數據，并按規定格式存入數據庫。然后，根據整理好的氣象產品模板，系統自動合成服務產品，并通過電子郵件等技術實現對烏海市現有氣象產品的自動發送功能。

烏海市氣象產品制作發布系統采用了以下技術線路作為Web開發方案。首先，相關部門選擇了基于CentOS 7的開源操作系統，其是一種穩定、安全、高效且兼容性強的操作系統。其次，將MySQL作為關系型數據庫管理系統，其具有輕量、快速、可靠和易用的特點，支持多種數據類型、存儲引擎、事務、索引、視圖和觸發器等功能，適合用作Web應用的數據存儲。再次，運行了Tomcat，這是一種開源的Java Web服務器，具有輕量、高性能和易擴展的特點，支持Servlet、JSP、EL、JSTL等技術，提供了HTTP服務器、連接池、負載均衡和集群等功能，適用于Web應用的運行容器。最后，選擇了Java作為開發語言，這是一種跨平臺的面向對象的編程語言，具有簡潔、健壯、高效和靈活的特點，支持多線程、異常處理、泛型、反射和注解等特性，提供了豐富的類庫、框架和工具。

此外，相關部門還使用了Spring、Spring MVC和MyBatis這一流行的Java Web開發框架組合，以進一步優化開發過程。Spring是一種輕量級的控制反轉（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架，具有松耦合、可測試、可配置的特點，提供了事務管理、依賴注入、切面編程、事件驅動等功能，適合用作Web應用的核心層；Spring MVC是一種基于Spring的模型—視圖—控制器（MVC）的Web框架，具有靈活、強大、易擴展的特點，提供了請求映射、數據綁定、視圖解析、異常處理、攔截器等功能，適合用作Web應用的表現層；MyBatis是一種基于SQL的持久層框架，具有簡單、輕量、高效的特點，提供了對象映射、動態SQL、緩存、插件等功能，適合用作Web應用的數據訪問層。

1.1 部署服務器

烏海市氣象產品制作發布系統所用服務器的操作系統為CentOS7，后臺數據庫為MySQL，Web服務器為Tomcat，計算機開發語言為Java，軟件架構為Spring＋Spring MVC＋MyBatis＋Tomcat，部署方案如下：

首先，將SSM項目打包成一個war文件，然后將其上傳到服務器上的Tomcat的webApps目錄下，或者使用Tomcat的管理界面進行部署。同時也可以將項目部署到多個Tomcat節點上，實現負載均衡和高可用性。

其次，需要將MySQL數據庫的數據導出成一個sql文件，然后將其上傳到服務器上的MySQL的數據目錄下，或者使用MySQL的命令行或圖形界面進行導入。也可以將數據庫分布到多個MySQL節點上，實現分庫分表和讀寫分離。

最后，需要配置Nginx作為Web服務器，實現對Tomcat和MySQL的反向代理和動態路由。需要修改Nginx的配置文件，添加Tomcat和MySQL的集群和代理信息，以及靜態資源的映射。也可以配置Nginx的緩存、壓縮、安全等功能，提高Web應用的性能和安全性。

1.2 前后端分離

前后端分離的開發模式中，前端技術人員專注于前端工作，包括頁面設計、框架搭建及將后端返回的數據渲染到頁面上。他們無須理解后端復雜的代碼。與此同時，后端技術人員負責提供接口給前端，確保數據傳輸和業務邏輯的正確性。

以上做法的最終目標是實現前端和服務端的完全獨立。前端項目分為瀏覽器和控制層，服務端項目分為服務層、DAO層等。在項目開發過程中，前后端完全分開，前端負責展示和交互，后端負責業務服務。在生產發布時分開部署，從而實現前后端的最大限度解耦。

前后端分離的實現方式主要有2種：API接口實現，前端通過調用后端提供的API接口獲取數據和執行操作；微服務架構實現，將應用拆分成多個小的服務，前端通過調用這些服務來實現應用功能[1]。

2 功能設計

在設計該系統時，相關部門考慮了未來的需求變化和擴展性，使系統能夠靈活適應新的需求和功能，減少重大修改或重寫的需求；將軟件功能分解為模塊，每個模塊具有清晰的職責和功能。通過模塊化設計，可以提高代碼的可維護性、可測試性和可重用性；在功能設計中注重系統的安全性和保密性。采取適當的安全措施，如身份驗證、數據加密、訪問控制等，以保護敏感信息和防止未經授權的訪問。

烏海市氣象產品制作發布系統主要功能模塊：各類氣象數據的讀取與保存；天氣實況和天氣預報在地圖上的顯示；短期城鎮天氣預報、短時預報、短期區域天氣預報、中期逐日天氣預報、空氣污染氣象條件等級預報、烏海地區24 h天氣預報、晚間預報、各類氣象生活指數預報的自動合成；各類氣象產品發布策略的設計與保存；根據不同產品制定特定的發布策略，實現產品的一鍵式發布。

2.1 氣象數據的讀取與存放

該系統中所用到的氣象數據主要有全市所有氣象觀測站的地面觀測數據、7 d內的城鎮天氣預報數據。氣象觀測數據從氣象大數據云平臺讀取，內容有整點氣溫、風向、風速、濕度、降水量等。城鎮天氣預報數據也從氣象大數據云平臺讀取，數據讀取后，系統對數據進行解碼，將實例化到本地數據。天氣實況和天氣預報數據以各自統一的格式存放在數據庫中。

2.2 各類氣象產品的生成

烏海市氣象服務的短信內容主要有短期城鎮天氣預報、短時預報、短期區域天氣預報等。在天氣預報生成的時間點，后臺會自動讀取天氣預報，然后根據預報內容模板，解析模板中需要的數據，將讀取到的預報數據填充到產品中，同時對產品內容進行格式定制，最終生成各類氣象服務產品。值班人員可通過平臺查閱內容，確保自動生產的產品內容正確無誤。

2.3 各類氣象產品的一鍵式發布

氣象產品的一鍵式發布是一種基于計算機網絡技術的氣象產品發布方式，可以實現氣象產品快速、準確和高效地發布氣象信息，為氣象行業的相關單位和個人提供全方位的服務。業務人員通過系統實現一鍵式發布，無須關心系統后臺流程，只需選擇產品，確認產品內容無誤后，選擇發布策略，點擊發布即可實現同一產品多渠道發布。

3 技術創新點

3.1 前后端分離技術

3.1.1 前后端分離技術的優勢

第一，前后端職責明確。前后端分離技術使得前端和后端的職責更加明確，前端只需關注用戶界面和交互邏輯，后端只需關注數據處理和業務邏輯，不需要互相干擾或等待。這樣可以提高開發效率，避免不必要的溝通和協調成本[2]。

第二，前后端可獨立開發和部署。前后端分離技術使得前端和后端可以獨立開發和部署，不需要依賴對方的進度或環境。前端和后端可以采用不同的技術棧和框架，選擇適合自己的開發工具和方法。前端和后端可以根據自己的需求和資源，靈活地調整開發和部署的策略和頻率。

第三，前后端可復用和擴展。前后端分離技術使得前端和后端可以更容易地復用和擴展，提高應用的可維護性和可擴展性。前端可以通過組件化的方式，將用戶界面和交互邏輯封裝成可復用的組件，方便在不同的頁面或應用中使用。后端可以通過接口化的方式，將數據處理和業務邏輯封裝成可復用的接口，方便在不同的平臺或設備中調用。前端和后端可以通過模塊化的方式，將功能分解成可獨立的模塊，方便在不同的場景或需求中增加或刪除。

3.1.2 前后端分離技術的實現方式

第一，基于Ajax的前后端分離。這是一種最常見的前后端分離技術，利用Ajax（Asynchronous Java- Script and XML）技術實現前端和后端的異步通信。前端通過Ajax向后端發送請求，后端通過Ajax返回響應，通常采用JSON（JavaScript Object Notation）格式作為數據交換的格式。這種方式可以實現前端和后端的數據交互，而不需要刷新頁面，提高了用戶體驗和頁面性能。

第二，基于RESTful的前后端分離。這是一種較新的前后端分離技術，利用RESTful（Representational State Transfer）架構風格實現前端和后端的資源交互。

前端通過RESTful向后端發送請求，后端通過RESTful

返回響應，通常采用HTTP（Hypertext Transfer Protocol）方法和狀態碼作為數據交換的方式。這種方式可以實現前端和后端的資源定位，而不需要關注具體的實現細節，提高了開發的靈活性和可擴展性。

第三，基于GraphQL的前后端分離。這也是一種較新的前后端分離技術，利用GraphQL（Graph Query Language）語言實現前端和后端的數據查詢。前端通過GraphQL向后端發送查詢，后端通過GraphQL返回結果，通常采用GraphQL格式作為數據交換的格式。這種方式可以實現前端和后端的數據定制，而不需要獲取多余的數據，提高了數據的有效性和性能。

3.2 氣象產品的合成與發送

氣象服務中有各類各樣的氣象產品，需要值班人員去制作。該平臺利用各類產品預先設計好的模板，再根據氣象數據自動合成為不同格式的氣象產品，通過電子郵件、手機短信等發布渠道發送，節約值班人員時間，提高氣象信息的及時率，讓值班人員將更多的精力放在產品預報準確率和產品內容上。氣象產品的一鍵式發布是一種高效、準確、方便和自動化的氣象產品發布方式，能夠提高發布效率和發布質量，為氣象行業的相關單位和個人提供全方位的服務。

3.3 數據直聯氣象大數據云

系統中所用到的所有數據，包括天氣實況數據、預報數據，均通過氣象大數據云調取，這樣既節省了本地資源的開支，又通過直連云接口，統一數據源，提高系統運行效率。

3.4 服務產品的自動生產

氣象服務中的產品自動生成是指利用計算機和自動化技術，通過處理氣象數據和應用相關模型，自動產生各種氣象產品的過程。以下是產品自動生成的一般步驟：

第一，數據獲取與處理。從各種氣象數據源獲取氣象觀測數據，如溫度、濕度、氣壓、風速和降水量等。對獲取的數據進行質量控制和處理，確保數據的準確性和一致性。

第二，數據分析與模型應用。對氣象數據進行分析和應用相關的氣象模型，如數值天氣預報模型、氣候模型等。通過模型應用，預測未來的天氣情況、氣候變化趨勢等。

第三，產品設計與規劃。根據用戶需求和應用場景，設計和規劃不同類型的氣象產品。確定產品的內容、格式、布局和展示方式等。

第四，自動化生成與定制化。基于產品設計和規劃，利用自動化技術，將分析的氣象數據、圖表、圖像等元素自動生成到產品模板中。根據用戶的需求和參數進行定制化，生成特定時間、地區和氣象現象的產品。

第五，質量控制與驗證。對生成的產品進行質量控制和驗證，確保數據的準確性和一致性。檢查產品的格式、內容和可讀性等，以確保生成的產品符合要求。通過產品自動生成，可以提高氣象服務的效率和準確性，減少人工操作的工作量，并確保生成的產品具有一致的質量和風格。

3.5 服務產品的一鍵式

氣象服務中的一鍵式發布是指通過簡單的操作，將服務產品快速地發布到不同的平臺和渠道，以便用戶能夠及時獲取氣象信息。一鍵式發布的過程和相關發布方式如下：

（1）產品生成與準備。根據用戶需求和氣象數據，生成相應的服務產品，如天氣預報、臨期預報、氣象分析報告等，確保產品的準確性和完整性。

（2）選擇發布方式。根據用戶需求和平臺渠道，選擇合適的發布方式。常見的發布渠道包括電子郵箱、短信、氣象產品庫和綜合信息網等。

（3）電子郵箱發布。將生成的產品以電子郵件的形式發送給訂閱用戶的電子郵箱。用戶可以通過訂閱服務，及時收到相關產品的更新和通知。

（4）短信發布。將生成的產品以短信的形式發送給用戶的手機號碼。短信通知可以在用戶手機上直接顯示氣象信息，方便用戶實時獲取。

（5）內蒙古氣象產品庫發布。將生成的產品上傳至內蒙古氣象產品庫，該平臺是一個集中存儲和共享氣象產品的數據庫。用戶可以在該平臺上檢索和下載所需的氣象產品。

（6）綜合信息網發布。將生成的產品發布到綜合信息網或氣象服務網站上，供廣大用戶訪問和使用。用戶可以通過網站瀏覽器訪問，并獲取最新的氣象產品和信息。

在一鍵式發布過程中，可以利用自動化技術和軟件系統，將產品批量發布到各個渠道，提高發布的效率和準確性。同時，對發布的產品進行質量控制和驗證，確保產品的準確性和可讀性。此外，通過多種發布方式的組合，可以滿足不同用戶的需求和使用習慣，確保氣象服務產品能夠快速、準確地傳達給用戶，幫助他們作出合理的決策和應對氣象變化。

4 結束語

烏海市氣象產品制作發布系統自2021年投入使用，致力于為用戶提供及時、準確的氣象服務產品，減少值班人員工作量，讓值班人員有更多的時間去審核產品信息，提高服務質量，得到了業務人員的一致認可。在未來，該系統研究還應不斷創新與發展，在提高社會生產力、改善人民生活等方面發揮更大價值。

參考文獻

[1] 何步江.巴彥淖爾公眾氣象服務平臺的設計與實現[J].現代農業，2018（9）：90-91.

[2] 王云，萬紅衛，戴喜紅，等.專業氣象服務產品自動制作與發布系統[J].陜西氣象，2009（1）：44-45.

收稿日期：2024-07-31

作者簡介：何步江（1992—），男，寧夏固原人，工程師，研究方向為氣象服務、機器學習及數據分析。#通信作者：王祺（1990—），男，內蒙古烏海人，工程師，研究方向為網絡安全、氣象信息技術，E-mail：408645751@qq.com。